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低能可见光如何产生聚合物?

图片来源: Aykut Erdogdu / Shutterstock.com

北卡罗莱纳州立大学的一个科学家团队最近展示了低能量的可见光如何将纯单体溶液变成聚合物凝胶物体。鉴于目前生产聚合物材料所面临的挑战,聚合物生产的这种进步可能对推动该行业具有重要意义。在北卡罗来纳州进行的工作还强调了探索低能光子如何组合以产生高能态以及如何使用它的潜在价值。

使用紫外线创建聚合物

聚合物是现代世界中必不可少的材料,几乎每天都会在每种材料中找到。

聚合物用于服装,环氧胶,玻璃纤维,塑料袋和瓶子,聚乙烯杯,聚合物基涂料,聚氨酯泡沫垫,硅树脂心脏瓣膜,特氟龙涂层炊具等。聚合物帮助创造的项目清单非常广泛,涵盖了所有行业的产品。

聚合物还被认为是促进医学,科学和技术领域发展的潜在重要材料。生物聚合物和治疗性聚合物已经开始出现,表明聚合物产品的复杂性和价值不断增长。目前每年创造数十亿种聚合物产品。其中一些产品是通过自由基聚合产生的,其中紫外线(UV)将单体溶液转化为聚合物。

波长的高能量有助于将单体溶液转化为聚合物的必要反应。尽管这种方法被认为是更可取的,因为它比其他方法产生的化学废物少,对环境的影响也小,但仍然面临着巨大的挑战。高能光可能会对正在使用的塑料产生不利影响,使它们降解,使紫外线成为生产某些产品的不合适方法。

创建S2激发态

由北卡罗来纳州立大学化学系晚安创新杰出主席Felix N. Castellano进行的先前研究表明,通过结合低能分子的激发态,可以更有效地达到激发态。

在这项研究成功之后,Castellano开始了一个新项目,该项目使用低能量的绿色和黄色光将同分子三重态-三重态三重态an灭应用于聚合物生产。结果是由低能可见光形成了聚合物凝胶,克服了使用紫外线的缺点。

该方法使团队将锌(II)内四苯基卟啉(ZnTPP)溶解为纯单体(三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)和丙烯酸甲酯(MA))。此后,溶液暴露于黄光下,能量从中产生ZnTPP中的同分子三重态,然后结合产生短寿命的S2激发态。这种激发态产生的能量足以聚合单体。

了解更多信息:当今市场上的紫外线探测器

卡斯泰拉诺评论说,在北卡罗莱纳州开展的工作对于突出利用这些极其短暂的激发态的潜力具有重要意义。当组合在一起时,三重态会产生仅持续皮秒的激发态。但是,它足够强大,可以促进将单体转化为聚合物的反应。

为了确认暴露于低能黄光或绿光后产生的S2激发态,研究人员对该溶液进行了光谱分析。四苯基卟啉锌(ZnTPP)用于使研究人员查看来自两种不同激发态的光发射,从而使他们能够区分低能状态和高能状态。由于人们公认聚合物的形成遵循S2激发态,因此通过光谱分析证明这一点至关重要。

创新聚合物生产新方法的影响

鉴于聚合物产品的广泛使用和重要性,Castellano和他的团队所取得的成就不仅会对应用化学产生重大影响,而且还将对所有行业产生重大影响。该团队展示了一种依靠低能耗光源的全新聚合物生产方法,克服了与使用紫外线有关的问题。

除了提供经由紫外线的聚合物生产的替代方案之外,该方法还提供具有明显缺点的其他聚合技术的替代方案。

新建立的方法可能会为具有新用途的新型聚合物打开大门,并且可能会产生重大的经济和社会影响。

聚合物生产的这种进步将有可能进一步探索。鉴于塑料废物的问题日益严重以及塑料污染的不良影响日益明显,预计该领域的其他研究将集中于生产更易于回收或生物降解的聚合物。尚不清楚是否会与这些环境友好努力一起开发这种新的低能耗聚合物生产方法。但是,很明显,卡斯特拉诺’聚合物生产的可见光方法将被广泛采用。

参考资料和进一步阅读

Awwad,N.,Bui,A.,Danilov,E.和Castellano,F.,2020年。可见光引发的自由基聚合,其通过三重-三重均相分子An灭。 化学,。 //www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(20)30429-0?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2451929420304290%3Fshowall%3Dtrue

Hatti-Kaul,R.,Nilsson,L.,Zhang,B.,Rehnberg,N.和Lundmark,S.,2020年。设计用于塑料的生物基可回收聚合物。 生物技术趋势,38(1),第50-67页。 //www.cell.com/trends/biotechnology/fulltext/S0167-7799(19)30089-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0167779919300897%3Fshowall%3Dtrue

Namazi,H.,2017年。我们日常生活中的聚合物。 生物影响,7(2),第73-74页。 //www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5524987/

使用低能可见光生产聚合物的新方法。 Omnexus。可在: //omnexus.specialchem.com/news/industry-news/polymer-gel-objects-light-000222712?lr=iom20091971

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莎拉·摩尔(Sarah Moore)

撰写者

莎拉·摩尔(Sarah Moore)

在学习了心理学和神经科学之后,莎拉迅速发现了自己对研究和撰写研究论文的兴趣。转向通过写作将思想与人联系起来的热情。

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